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GPS定位追踪仪

专家
2014-03-17 20:37:57    评分

作者:河南工业大学 黄光黔 上官伟 祝远鹏

指导教师:王彩红


  作品简介

  本文介绍了一项利用STC单片机采集和处理GPS定位信息的产品的设计。该系统以STC公司的IAP15F2K61S2单片机为核心控制器件,通过串行口与GPS模块(HAN1303 ATK-NEO-6M GPS)通信,接收GPS模块输出的时间和定位信息。该输出信息格式采用NMEA-0183标准格式中的GPRMC语句。单片机接收到定位信息和时间信息后,将GPS模块输出的时间信息进行时差调整,再将所获取的位置和时间信息通过显示终端显示。经过调试后。本系统以接收GPS定位信息和时间信息,并把经度、纬度和时间通过屏幕显示出来,并且通过GSM无线模块SIM900A 远程传输给设备终端(手机)。可实现实时监测功能。利用GSM短消息功 能。可以把GSM变为一个寻呼台,向监控 中心发送消息,及时地反馈信息和接收消息,从而提高终端性能。利用GPS的定位功能和GSM的短消息功能通过接VI电路和控制器把它们集成一起,实 现了GPS数据的接收和消息的发送。这样用户终端可以利用GSM功能实时的把消息到监控中心和收到监控中心发来的消息,实现监控中心对用户终端指挥和调控。

  下面为本次相应模块的实际图像

  单片机

 

  平台选型说明

 

  设计说明

  1系统方案

  本系统主要由系统模块、角度检测模块、电机驱动模块、电源模块组成。各模块的系统结构框图如图1所示。下面分别论证这几个模块的选择。

  图1 系统模块框图

  1.1 GPS方案的论证与选择

  方案一:采用GPRS定位。GPRS定位具有良好定位性能。但是网络需要处于常开模式,功耗较大。且费用高,相比GPS而言,定位精度不高。与单片机连接消耗更多资源,故此方案不可行。

  方案二:采用GPS定位。GPS精度高,采集数据全面,且耗电量较低,掉电的状态下还能保持一段时间数据,更适合室外使用,稳定性和可靠性也非常好,而且可以与谷歌地图连用,方便查找具体位置。

  方案选择:考虑到在本系统中需要对模块的位置和相关信息进行精确掌握,并且需要快速启停,最终我们决定采用GPS。本系统中,GPS模块更能适应现代化。综合以上两种方案,选择方案二。

  1.2单片机系统方案的论证与选择

  方案一:采用stc89c52单片机控制系统。它具有使用成本低,品种多,扩展方便,简便、便宜价格编程简单,易懂,有很强的移植性等优点,但是其各方面的处理性能不够好。

  方案二:采用STC公司的IAP15F2K61S2系统。IAP15F2K61S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1 T)的单片机,是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,采用STC第八代加密技术,超级加密,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟件(0.3 %),士1%温飘(-40℃一+85℃),常温下温飘士0.6%(-20℃一+85℃), 5MHz—35MHz宽范围可设置,可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路(内部己集成高可靠复位电路,ISP编程时8级复位门槛电压可选)。3路CCP/PWM/PCA} 8路高速10位A/D转换(30万次/秒),内置2K字节大容量SRAM 2组超高速异步串行通信端口(UART1/UART2,可在5组管脚之间进行切换,分时复用可作5组串口使用),1组高速同步串行通信端口SPI,针对多串行口通信/电机控制/强干扰场合。

  方案选择:考虑到本系统多个串口的使用以及精度和比赛的要求,相对stc89c52而言,IAP15F2K61S2系列单片机跟适合本作品要求。综合以上两种方案,选择方案二。

  1.3数据传输方案论证与选择

  方案一:数据传输而言,对定位系统而言,似乎GSM模块具有更强的优势,此方面着重考虑的是GPRS流量传输,还是短信传输,GPRS流量传输虽然费用较低,但是功耗较大。

  方案二:短信传输数据,收设备终端给GSM指令,相应的可以恢复需要的信息,随时可以控制。便于管理,低功耗。

  方案选择:方案一算法复杂且可以得到实时数据,但是作为定位系统而言,我们选择方案二,短信可以实时控制与监测,系统稳定性好,而且成本也不高,综合以上两种方案,选择方案二。

  2系统模块分析

  2.1 GPS模块的分析

  ATK-NEO-6M模块,是ALIENTEK生成的一款高性能GPS模块,模块核心采用UBLOX 公司的NEO-6M模组,具有50个通道,追踪灵敏度高达-161dBm,测量输出频率最高可达5Hz。ATK-NEO-6M模块自带高性能无源陶瓷天线,兼容3.3V和5V单片机系统,并自带可充电后备电池(支持温启动或热启动)。

  模块自带了一个状态指示灯:PPS。该指示灯连接在UBLOX NEO-6M 模组的

此文档的相关视频来自:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/13419




关键词: GPS     单片机     STC     GPRS    

专家
2014-03-17 20:39:45    评分
2楼

  TIMEPULSE端口,该端口的输出特性可以通过程序设置。PPS指示灯,在默认条件下(没经过程序设置),有2个状态:

  1, 常亮,表示模块已开始工作,但还未实现定位。

  2, 闪烁(100ms灭,900ms亮),表示模块已经定位成功。

  GPS上电后,每隔一定的时间就会返回一定格式的数据,数据格式为:

  $信息类型,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x

  每行开头的字符都是‘$’,接着是信息类型,后面是数据,以逗号分隔开。一行完整的数据如下:

  $GPRMC,080655.00,A,4546.40891,N,12639.65641,E,1.045,328.42,170809,,,A*60

  信息类型为:

  GPGSV:可见卫星信息

  GPGLL:地理定位信息

  GPRMC:推荐最小定位信息

  GPVTG:地面速度信息

  GPGGA:GPS定位信息

  GPGSA:当前卫星信息

  这里我们只解析GPRMC和GPGGA的信息

  GPRMC数据详解:

  $GPRMC,,,,,,,,,,,,*hh

  UTC时间,hhmmss(时分秒)格式

  定位状态,A=有效定位,V=无效定位

  纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

  纬度半球N(北半球)或S(南半球)

  经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

  经度半球E(东经)或W(西经)

  地面速率(000.0~999.9节,前面的0也将被传输)

  地面航向(000.0~359.9度,以真北为参考基准,前面的0也将被传输)

  UTC日期,ddmmyy(日月年)格式

  磁偏角(000.0~180.0度,前面的0也将被传输)

  磁偏角方向,E(东)或W(西)

  模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效)

  2.2 GSM模块的分析

  SIM900是一款三频段GSM/GPRS模块,可在全球范围内的EGSM 900MHz, DCS 1800MHz, PCS 1900MHz三种频率下工作,能够提供GPRS多信道类型多达10个,并且支持CS-1, CS-2, CS-3和CS-4四种GPRS编码方案。SIM900结构小巧,外形尺寸仅40mm*33mm*2.85mm,儿乎可满足所有对产品尺寸有要求的工业应用,比如智能电话,掌上电脑和其他移动设备。模块与移动应用设备通过一个60引脚的板板连接器相连,它提供了除了RF天线接口的其他所有模块与开发板的硬件接口。SIM900内部功能模块有:

  .键盘和SPI类型的LCD接口,方便用户开发白己的应用设备。

  .具有调试和数据输出两个串口,帮助开发人员更容易开发产品。

  .双音频通道,包含两个麦克风输入和两个话筒输出,可方便的由AT指令配置其工作模式。

  SIM900有两种RF天线接口:一种是天线连接器、一种是天线焊点。天线连接器型号为MURATA MM9329-2700或者用户也可以通过天线焊点白己焊接天线。SIM300具有低功耗设计,睡眠模式下的电流消耗仅为2.5 mA oSIM300内部集成了TCP/IP协议栈,并且扩展了TCP/IP AT指令,使用户利用该模块开发数据传输设备变得特别简单、方便。

  单片机对GSM模块采用AT指令来控制并实现互相之间的通信,AT指令集的命令格式 帧都以AT开头以(cR)结束,除了ATVO和 ATQI两个命令外回答语句的开头和结尾都是 ,即回车换行符。对发送和接收短消息相关的AT命令有20多条,单片机可以通过正确的AT指令对GSM 模块进行初始化和消息的接收发送。对短消息的控制共有三种模式:Block模式、PDU模式和 Text模式。在三种模式中,Text模式是最简单 的,并且使用方便,虽然不支持中文,但是本项 目并不需要中文字符的收发,只需有定位数据 的发送和监控中心命令的接收就可以了。PDU 模式则需要对所发送的信息进行编码,增加了程序编写的难度。而Block模式需要手机生产厂家提供驱动支持。所以本项目使用Text模式收发短信。载体终端与监控中心的通信以及监控中心命令的接收都由这部分程序完成,GSM模块 数据的高级中断接收程序流程图。 GPS定位信息和GSM数据接收子程序对 MC35模块的AT命令操作主要有以下几行设 置的AT命令格式为AT+cMGF:

  SIM900A的主要功能有:语音通话、短信收发、GPRS网络数据收发。SIM900A模块

  广泛应用在众多的行业方向,包括智能电表、车载通信、车队管理、安防监控、无线POS、无线医疗等。 SIM900A使用串口通讯的方式和外部连接,通过串口数据的交换我们可以用AT指令(SIMCOM公司提供相应的AT命令手册)去控制SIM900A模块实现相应的功能。

  2.3 IAPF2K61S2单片机分析

  STC 15F2K61S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1 T)的单片机,是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,采用STC第八代加密技术,超级加密,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟件0.3 %),士1%温飘(-40℃一+85℃),常温下温飘士0.6%(-20℃一+85℃), 5MHz—35MHz宽范围可设置,可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路(内部己集成高可靠复位电路,ISP编程时8级复位门槛电压可选)。3路CCP/PWM/PCA} 8路高速10位A/D转换(30万次/秒),内置2K字节大容量SRAM 2组超高速异步串行通信端口(UART1/UART2,可在5组管脚之间进行切换,分时复用可作5组串口使用),1组高速同步串行通信端口SPI,针对多串行口通信/电机控制/强干扰场合。

  2.4 数字温湿度传感器

  DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便,特殊封装形式可根据用户需求而提供。

  3电路与程序设计

  3.1电路的设计

  3.1.1 系统总体框图

 


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